JP2014044425A - 面光源装置のための光学シート - Google Patents

Abstract

【課題】単一のシートに集光機能および光拡散機能の両方を兼ね備え、バックライトユニットで使用される複数の光学フィルムと置き換えることによって、製造コストを削減でき、厚さを薄くすることができる光学シートを提供する。
【解決手段】（ｉ）透明支持フィルム１００と、（ｉｉ）光を拡散させるために透明支持フィルム１００の一方の表面上に設けられた拡散層２００と、（ｉｉｉ）複数の突出部のパターン３１０を含み、透明支持フィルム１００の他方の表面上に設けられたパターン層３００と、（ｉｖ）透明支持フィルム１００と平行に、パターン層３００上に配置された基体層４００とを備え、突出部３１０の上端部が基体層４００に部分的に侵入することで、基体層４００とパターン層３００との間に空間が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、側面に光源を用いた面光源装置の輝度、特に、液晶ディスプレイのバックライトユニットの輝度を高める光学シートに関する。

最も一般的に使用されているフラットパネルディスプレイの１つである液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、外部源からの受光量を制御することによって画像を表示する受光デバイスであり、スクリーン全体に均一の明るさを維持するように、バックライトユニット（ＢＬＵ）を必要とする。

ＢＬＵは、ＬＣＤ自体が発光しないため、情報を可視画像として表示するためにランプ光を与えることによってＬＣＤを照明するデバイスである。それは、ＬＣＤの背面に位置付けられることから、「バックライトユニット」と呼ばれる。

多くの場合、小型の蛍光灯または発光ダイオード（ＬＥＤ）が、バックライトユニットの光源として使用されているが、これらの光源は、線状光源または点状光源のいずれかである。このような光源は、ＢＬＵで使用される面光源に変換される必要があるため、線状光源および点状光源を面光源に変換する導光板などの光学シート、導光板の下部を通って逃れてきた光を反射する反射体、より強い光を発生させるためにＬＣＤのサイズに応じて均一に拡散される光を収束させるプリズムシートなどが変換のために使用される。さらに、光源から放射されたできるだけ多くの光をＬＣＤパネルに導くために、異なる種類のプレートおよびフィルムが使用される。

最近では、従来のＢＬＵコンポーネントにおいて、複合シート、すなわち、プリズムシートおよび拡散シートの組み合わせ、プリズムシートおよびプリズムシートを保護する保護シートの組み合わせ、プリズムシート、拡散シートおよび保護シートの組み合わせで作製された単一のシートを製造することで、製造コストの削減および生産性の向上を図る試みが活発になされている。しかしながら、いくつかの異なるタイプのシートを組み合わせて単一の複合シートを形成すると、光損失により輝度が低下するという問題が生じてしまう。

したがって、ＢＬＵに使用されるいくつかの光学フィルムの代わりとなるように、集光機能および光拡散機能の両方を兼ね備える単一の光学シートの開発が必要とされている。

以上のことから、本発明の目的は、単一の光学シートに集光機能および光拡散機能の両方を兼ね備えさせることにより、製造コストを削減できるとともに、バックライトユニットの厚さを薄くすることができる、輝度および視野角が向上した面光源装置用の光学シートを提供することである。

本発明の１つの態様によれば、
（ｉ）透明支持フィルムと、
（ｉｉ）光を拡散させるために前記透明支持フィルムの一方の表面上に設けられた拡散層と、
（ｉｉｉ）複数の突出部のパターンを含み、前記透明支持フィルムの他方の表面上に設けられたパターン層と、
（ｉｖ）前記透明支持フィルムと平行に、前記パターン層上に配置された基体層と、
を備え、前記突出部の上端部が前記基体層に部分的に侵入している、光学シートが提供される。
本発明の別の態様によれば、
（ｉ）第１の透明支持フィルムと、
（ｉｉ）光を拡散させるために前記第１の透明支持フィルムの一方の表面上に設けられた第１の拡散層と、
（ｉｉｉ）複数の突出部のパターンを含み、前記第１の透明支持フィルムの他方の表面上に設けられたパターン層と、
（ｉｖ）前記第１の透明支持フィルムと平行に、前記パターン層上に配置された基体層であって、前記突出部の上端部が基体層に部分的に侵入している基体層と、
（ｖ）前記パターン層と反対側の前記基体層の表面上に形成された第２の透明支持フィルムと、
（ｖｉ）前記基体層と反対側の前記第２の透明支持フィルムの表面上に形成された第２の拡散層と、
を備える光学シートが提供される。

本発明による光学シートは、単一の光学シートに集光機能および光拡散機能の両方を与えることができるため、いくつかの異なるタイプの光学フィルムを単一の光学シートと置き換えることによって、製造コストを削減し、バックライトユニットの厚さを薄くすることができる。輝度および視野角が向上した本発明の光学シートは、面光源装置用の光学シートとして効果的に使用可能である。

本発明の上記および他の目的ならびに特徴は、以下にそれぞれ示す添付の図面とともに本発明の以下の記載から明らかになるであろう。

本発明による光学シートの１つの実施形態の断面図である。 本発明による光学シートの別の実施形態の断面図である。 本発明の光学シートの異なるタイプの拡散層の概略図である。 本発明の光学シートにあるパターン層の異なるタイプの突出部の概略図である。 本発明の光学シートがＢＬＵに適用された場合の構成を示す概略図である。 本発明の光学シートが適用されたＢＬＵおよびシミュレーションの視野角の測定結果を示すグラフである。 本発明の光学シート、２つのプリズムシートを積層することによって形成されたシート（ＰＰ）、拡散シート、プリズムシート、プリズムシートの順に積層することによって形成されたシート（ＤＰＰ）およびプリズムシート、プリズムシート、拡散シートの順に積層することによって形成されたシート（ＰＰＤ）の水平方向／垂直方向の視野角および輝度の測定結果を示すシミュレーションのグラフである。

以下、本発明による光学シートの各コンポーネントについて詳細に記述する。

（１）透明支持フィルム
本発明において使用される透明支持フィルムは、ほとんどが透明プラスチックである。透明支持フィルムは、バインダ樹脂への良好な接着性、９０％以上の背面からの入射光透過率および輝度のばらつきを防止するための表面の平滑性を備える必要がある。透明支持フィルムの厚さは、５０〜２５０μｍの範囲であることが好ましい。透明支持フィルムの適切な材料の具体例としては、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリアクリレート（ＰＡＲ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリアリレート、ポリイミド、ポリカーボネート（ＰＣ）、セルローストリアセテート（ＴＡＣ）、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）およびそれらの混合物、好ましくは、ＰＥＴが挙げられる。

（２）拡散層
本発明において、透明支持フィルムの一方の表面上に設けられた拡散層は、光を拡散させる役割を果たす。拡散層は、光硬化性樹脂から作られてもよい。本発明において使用されてもよい光硬化性樹脂は、活性エネルギー線、例えば、紫外線、電子ビームなどによって硬化可能な樹脂であれば、特に限定されない。具体例としては、ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエステル（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）アクリレート、ウレタン（メタ）アクリレートなどの（メタ）アクリレート系樹脂およびそれらの混合物が挙げられる。なかでも、光学特性を考慮すると、（メタ）アクリレート系樹脂が好ましい。

拡散層は、平均直径が１０〜１０，０００ｎｍの気泡を含んでもよい。拡散層に含まれる気泡は光拡散効果を高める。

さらに、拡散層は、光拡散効果を高めるためにビーズを含んでもよい。ビーズは、硬質アクリレート、ポリスチレン、ナイロン、軟質アクリレートおよびシリコンからなる群から選択された材料で作られた有機ポリマービーズであってもよく、耐溶媒性が高いことにより容易に分散可能な硬質アクリレートが好ましい。ビーズは、平均直径が０．５〜５μｍ、好ましくは、０．８〜３μｍの長球形であることが好ましい。好ましくは、ビーズの屈折率と光硬化性樹脂の屈折率との差は、０．０２以上である。

ビーズは、拡散層を形成する光硬化性樹脂の１００質量部に基づいて、３０〜１８０質量部、好ましくは、５０〜１５０の量で使用されてもよい。

拡散層は、光硬化性樹脂とビーズとを混ぜ合わせ、このようにして得られた樹脂組成物を透明支持フィルムに適用して乾燥させた後、フィルムに光照射を当てることによって作製されてもよい。

拡散層は、平坦な形態であってもよく、マイクロレンズ（ＭＬＡ）パターン、プリズムパターンまたはレンチキュラーパターンを有してもよい。

拡散層がＭＬＡパターン、プリズムパターンまたはレンチキュラーパターンを有する場合、各パターンは複数の突出部を含んでもよく、突出部は、半径または高さが約５〜６０μｍ、好ましくは、２５〜５０μｍであってもよい。拡散層が、突出部を含むパターンを有する場合、集光機能および光拡散機能が改善される。拡散層が平坦な形態である場合、層の厚さは、５〜５０μｍ、好ましくは、１５〜３０μｍであってもよい。

（３）パターン層
本発明において、パターン層は、透明支持フィルムの他方の表面、すなわち、拡散層が設けられた透明支持フィルムの表面とは反対の表面に設けられ、パターン層は、複数の突出部のパターンを含む。突出部のパターンは、プリズムパターンであってもよく、または非球面形状の断面を有してもよい。突出部がプリズムパターンを有する場合、プリズムパターンは、非対称または二重角度（ｄｏｕｂｌｅ ａｎｇｌｅ）プリズムを有していてもよい。プリズムパターンの頂角（図１および図２のθ）の範囲は、５０°≦θ≦７５°であってもよい。

（４）基体層
基体層は、透明支持フィルムと平行に、パターン層上に配置され、突出部の上端部が基体層に部分的に侵入することで、基体層とパターン層との間に空間が得られる。本発明において、突出部の上端部を基体層に部分的に侵入させることで、突出部が衝撃によるダメージを受けるのが妨げられうる。

基体層に侵入する突出部の上端部の長さは、１〜４μｍであってもよく、好ましくは、２〜３μｍであってもよい。基体層に侵入する突出部の上端部の深さが１μｍ未満であれば、パターン層と基体層との間に望ましい接着強度が得にくく、また、突出部の深さが４μｍを超えると、輝度が大幅に低下してしまう。

基体層には、従来の熱硬化樹脂およびＵＶ硬化樹脂、例えば、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、ビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂またはそれらの混合物が使用されてもよい。その具体例としては、（メタ）アクリレート系樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリエステル（メタ）アクリレート樹脂、シリコンウレタン（メタ）アクリレート樹脂、シリコンポリエステル（メタ）アクリレート樹脂、フッ素ウレタン（メタ）アクリレート樹脂およびそれらの混合物が挙げられる。好ましくは、良好なコーティング性、機械特性および接着性ならびに耐久性の理由から、アクリル系樹脂が使用されてもよい。その具体例としては、メチルメタクリレート、メタクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、アリールアクリレート、ヘキシルアクリレート、イソプロピルメタクリレート、ベンジルアクリレート、ビニルアクリレート、２−メトキシエチルアクリレートまたは繰り返し単位としてスチレンを有するホモポリマーもしくは上記に挙げた２つ以上の成分と共重合したコポリマーが挙げられる。

基体層は、基体層内に、平均直径が１０〜１０，０００ｎｍの気泡、平均直径が０．５〜５μｍのビーズまたは気泡およびビーズの両方を含んでもよい。基体層に含まれる気泡またはビーズは光拡散効果を高める。ビーズの条件の具体例および記載は、上記拡散層において記述したものと同じものである。

以下、本発明の光学シートは、添付の図面に例示されているように、添付の図面を参照しながらさらに記述されるが、これらは説明を目的としたものにすぎず、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。

図１に、本発明による光学シートの断面図が概略的に示されている。

図１を参照すると、本発明による光学シートは、透明支持フィルム１００と、光を拡散するために透明支持フィルム１００の一方の表面上に設けられた拡散層２００と、複数の突出部３１０のパターンを含み、透明支持フィルム１００の他方の表面上に設けられたパターン層３００と、透明支持フィルム１００と平行に、パターン層３００上に配置された基体層４００とを備え、突出部３１０の上端部が基体層４００に部分的に侵入している。

さらに、本発明による光学シートは、さらなる透明な支持フィルムおよび基体層を含んでもよい。図２に、さらなる透明支持フィルムおよび基体層を有する光学シートの断面図が概略的に示されている。

図２を参照すると、本発明による光学シートは、第１の透明支持フィルム１１０と、光を拡散するために第１の透明支持フィルム１１０の一方の表面上に設けられた第１の拡散層２００と、複数の突出部３１０のパターンを含み、第１の透明支持フィルム１１０の他方の表面上に設けられたパターン層３００と、第１の透明支持フィルム１１０と平行に、パターン層３００上に配置された基体層４００であって、突出部３１０の上端部が基体層４００に部分的に侵入している基体層４００、パターン層３００と反対側の基体層４００の表面上に形成された第２の透明支持フィルム１２０と、基体層４００と反対側の第２の透明支持フィルム１２０の表面上に形成された第２の拡散層５００とを備える光学シートが提供される。

本発明の光学シートの１つの実施形態によれば、図１および図２を参照しながら、拡散層（第１の拡散層）２００および／または第２の拡散層５００には、ビーズ２１０および／または気泡２２０が含まれる。

図３は、異なるタイプの拡散層を概略的に示す。本発明の光学シートの１つの実施形態によれば、拡散層は、平坦な形態（図３ａ）、ＭＬＡパターン（図３ｂ）、プリズムパターン（図３ｃ）またはレンチキュラーパターン（図３ｄ）を有してもよい。

図４に、光学シートにある異なるタイプの突出部の断面図が概略的に示されている。本発明の光学シートの１つの実施形態によれば、パターン層は、複数の突出部のパターンを含み、突出部のパターンは、プリズムパターン（図４ａ）、二重角度プリズム（図４ｂ）、非対称プリズム（図４ｃ）または非球面形状（図４ｄ）であってもよい。

本発明の光学シートの１つの実施形態によれば、図４を参照すると、基体層４００には、気泡４２０またはビーズ（図示せず）が含まれてもよい。

図５は、本発明の光学シートがＢＬＵに適用された場合の構成を概略的に示す。

図５を参照すると、光源３０は、導光板２０の側面に配置され、光学シート１０は、導光板２０の出光面と平行に配置され、プリズムパターン１１の上端部（複数の突出部のパターン）、すなわち、頂点は、導光板２０の出光面と対面するように位置付けられる。

したがって、導光板の上部から放出される光は、プリズムパターンによって正面側に収束されてもよく、透明支持フィルムの一方の表面上に設けられた拡散層は、高い視野角および隠蔽性を生じるように収束光を拡散してもよい。

したがって、本発明による光学シートは、高い輝度および視野角を提供する。

本発明による光学シートの性能をシミュレートするために、側面にＬＥＤ光源を有するＢＬＵのシミュレーション設定値を照明光学設計ソフトウェアのＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓ（登録商標）（Ｓｙｎｏｐｓｙｓ）に入力した。このシミュレーションでは、大型の導光板に使用される従来の円形インクパターンを導光板に適用し、反射体に関しては、白色反射体シートの双方向反射率分布関数（ＢＲＤＦ）を測定し、入力した。次に、導光板の長軸（２６インチ、［Ｈ１］）および短軸（２２インチ、［Ｖ１］）にＬＥＤ光源を配置したＢＬＵの視野角をそれぞれ測定し、シミュレーションの結果と整合して、シミュレーションにおけるＢＬＵの設定値の性能結果と比較した。図６は、導光板の長軸および短軸にＬＥＤ光源を配置したＢＬＵの輝度の測定結果と、シミュレーションＢＬＵの輝度の測定結果とを比較したグラフを示す。

本発明による光学シートの性能を評価するために、以下に記載するように、プリズムシート、拡散シートおよび本発明による光学シートのシミュレーション設定値をソフトウェアのプログラムに入力した。

プリズムシートを、以下のように、すなわち、厚さが２５０μｍのＰＥＴ製の透明支持フィルム、透明支持フィルムの上側に設けられ、角度が９０°、幅が５０μｍの繰り返しプリズムパターンを有する厚さが１０μｍのＵＶ樹脂層および透明支持フィルムの下側に設けられ、ミー散乱関数を有する厚さが１０μｍの拡散層で構成し、ソフトウェアに設定値を入力した。ＰＥＴ値に関して、異なる波長および透過／反射率に依存する屈折率を含むＰＥＴの光学特性を測定し、ソフトウェアに入力した。

拡散シートに関しては、双方向散乱分布関数（ＢＳＤＦ）を測定し、ソフトウェアに入力した。

本発明による光学シートを、以下のように、すなわち、厚さが２５０μｍのＰＥＴ製の透明支持フィルムと、２０μｍの厚さを有する透明支持フィルムの一方の表面上に設けられた拡散層と、角度が６０°、幅が５０μｍの繰り返しプリズムパターンを有する厚さが１０μｍの透明支持フィルムの他方の表面上に設けられたパターン層と、厚さが２０μｍのパターン層上の透明支持フィルムと平行に配置され、深さ３μｍで基体層にプリズムパターン層の上端部が侵入している基体層とで構成し、ソフトウェアに設定値を入力した。

２つのプリズムシートを積層することによって形成されたシート（ＰＰ）、拡散シート、プリズムシート、プリズムシートの順に積層することによって形成されたシート（ＤＰＰ）およびプリズムシート、プリズムシート、拡散シートの順に積層することによって形成されたシート（ＰＰＤ）のシミュレーションテストを上述したようなＢＬＵを用いて行い、各シートの水平方向／垂直方向の視野角および輝度を測定した。図７に、この結果を示す。

図７に示すように、本発明の光学シートは、拡散層がない２つのプリズムシート（ＰＰ）を積層することによって形成されたシートと比較すると、９６．４％の輝度を示していることで、拡散層の上側および基体層の下側の拡散によって生じる隠蔽性を考慮すると、本発明の光学シートの光学特性が優れていることが示されている。

また、突出部の上端部が基体層に侵入する深さを１〜６μｍまでの深さに変えながら本発明の光学シートの輝度を測定した。表１に、この結果を示す。

上記の表１に示すように、侵入深さが１μｍのときに最高輝度値を得ているが、これは、深さが浅いほど輝度が高くなりうることを示す。しかしながら、深さが１μｍ未満であれば、所望の接着強度を得にくくなるのに対して、深さが４μｍを超えると、輝度が大幅に低下してしまう。したがって、輝度および付着力を考慮すると、深さの範囲は１〜４μｍであることが好ましい。

また、突出部パターンの屈折率を変えながら本発明の光学シートの輝度を測定した。表２に、この結果を示す。

上記の表２に示すように、屈折率１．４８と１．６０との輝度の差は１．８％であり、１０％である従来のプリズムシートと比較すると、値が非常に小さい。

一般に、従来のＵＶ樹脂の価格は、その屈折率が高いほど急激に高額となる。従来のプリズムシートとは異なり、本発明の光学シートは、高屈折率のＵＶ樹脂を使用する必要がないため、製造コストを効率的に削減できる。

１０ 光学シート
１１ プリズムパターン
２０ 導光板
３０ 光源
１００ 透明支持フィルム
１１０ 第１の透明支持フィルム
１２０ 第２の透明支持フィルム
２００ 拡散層（第１の拡散層）
２１０ ビーズ
２２０ 気泡
３００ パターン層
３１０ 複数の突出部のパターン
４００ 基体層
５００ 第２の拡散層
５１０ 気泡

Claims (10)

1. （ｉ）透明支持フィルムと、
   （ｉｉ）光を拡散させるために前記透明支持フィルムの一方の表面上に設けられた拡散層と、
   （ｉｉｉ）複数の突出部のパターンを含み、前記透明支持フィルムの他方の表面上に設けられたパターン層と、
   （ｉｖ）前記透明支持フィルムと平行に、前記パターン層上に配置された基体層と、
   を備え、前記突出部の上端部が前記基体層に部分的に侵入している、光学シート。
2. （ｉ）第１の透明支持フィルムと、
   （ｉｉ）光を拡散させるために前記第１の透明支持フィルムの一方の表面上に設けられた第１の拡散層と、
   （ｉｉｉ）複数の突出部のパターンを含み、前記第１の透明支持フィルムの他方の表面上に設けられたパターン層と、
   （ｉｖ）前記第１の透明支持フィルムと平行に、前記パターン層上に配置された基体層であって、前記突出部の上端部が基体層に部分的に侵入している基体層と、
   （ｖ）前記パターン層と反対側の前記基体層の表面上に形成された第２の透明支持フィルムと、
   （ｖｉ）前記基体層と反対側の前記第２の透明支持フィルムの表面上に形成された第２の拡散層と、
   を備える光学シート。
3. 前記突出部のパターンがプリズムパターンであり、および前記プリズムパターンの頂角（θ）が、５０°〜７５°の範囲である、請求項１または２に記載の光学シート。
4. 前記突出部の前記パターンが非球面形状の断面を有する、請求項１または２に記載の光学シート。
5. 前記プリズムパターンが、非対称プリズムまたは二重角度プリズム形状を有する、請求項３に記載の光学シート。
6. 前記突出部の前記上端部が、１〜４μｍの範囲の深さで前記基体層に侵入している、請求項１または２に記載の光学シート。
7. 前記拡散層が、平面、マイクロレンズパターン（ＭＬＡ）、プリズムパターンまたはレンチキュラーパターンの露出面を有する、請求項１または２に記載の光学シート。
8. 前記拡散層が、１０〜１０，０００ｎｍの範囲の平均直径を有する気泡、０．５〜５μｍの範囲の平均直径を有するビーズ、またはそれらの両方を含む、請求項１、２または７に記載の光学シート。
9. 前記基体層が、１０〜１０，０００ｎｍの範囲の平均直径を有する気泡、０．５〜５μｍの範囲の平均直径を有するビーズ、またはそれらの両方を含む、請求項１に記載の光学シート。
10. バックライトユニットの製造に使用される場合、前記突出部の前記上端部が導光板の発光側の方に対面するように導光板付近に設けられる、請求項１または２に記載の光学シート。

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